(57)【要約】コイルと、コイルの内側に配置される内側コア部、及びコイルの外側を覆う外側コア部を有するコアとを備え、リアクトルの内側コア部は、外側コア部よりも飽和磁束密度が高く、外側コア部は、内側コア部よりも透磁率が低く、且つ磁性材料と樹脂との混合物から構成されていると共に、ケースが、コイル及び内側コア部の少なくとも一方に対する放熱構造として伝熱部を内壁面に有するリアクトルにより、コイルの外側がコア材で覆われている場合でも、リアクトル内部で発生する熱を効果的に放散することのできるリアクトルを提供する。
2011089941.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイルと、前記コイルの内側に配置される内側コア部、及び前記コイルの外側を覆う外側コア部を有するコアと、前記コイル及びコアを収容するケースとを備えたリアクトルであって、
前記ケースが、前記コイル及び前記内側コア部の少なくとも一方に対する放熱構造を内壁面に有するリアクトル。
【請求項２】
前記放熱構造が、前記ケースの内壁面の一部を突出させた伝熱部を含む請求項１に記載のリアクトル。
【請求項３】
前記放熱構造が、前記ケースの外壁面と非相似形であり、前記コイル及び前記内側コア部の少なくとも一方の外形に合わせて形成された内壁面により構成される請求項１に記載のリアクトル。
【請求項４】
前記コアの少なくとも前記外側コア部が磁性材料と樹脂との混合物により形成される請求項１〜３のいずれか１項に記載のリアクトル。
【請求項５】
前記コイルが、前記コイルの軸方向を前記ケースの底面と略平行にして配置されている請求項１〜４のいずれか１項に記載のリアクトル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車載用ＤＣ−ＤＣコンバータのような電力変換装置の構成部品に用いられるリアクトルに関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド自動車やプラグインハイブリッド自動車、電気自動車などでは、走行用モータの駆動やバッテリの充電に、昇圧動作や降圧動作を行うコンバータが必要になる。燃料電池車でも、燃料電池の出力を昇圧することになる。そのコンバータの部品の一つにリアクトルがある。リアクトルとしては、例えばＯ字状の磁性コアの外周に巻線を巻回してなる一対のコイルが並列に配置された形態が挙げられる。【０００３】
特許文献１は、一つのコイルの内側に挿通された円柱状の内側コア部と、そのコイルの外周を覆うように配置される円筒状の外側コア部と、そのコイルの両端面に配置される一対の円板状の連結コア部とを有する断面Ｅ字状の磁性コア、所謂ポット型コアを備えるリアクトルを開示している。ポット型コアでは、連結コア部により、同心状に配置された内側コア部及び外側コア部が連結されて閉磁路を形成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−０３３０５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１のリアクトルでは、内側コア部及びコイルが外側コア部及び連結コア部により覆われる。このような構造では、銅損や鉄損によってリアクトル内部に発生する熱が放散され難い。特に車載向けコンバータでは、数百アンペア程度の電流がリアクトルに流されることもあり、コイルの発熱も大きく、リアクトルの内部温度が１００℃以上の高温にまで上昇してしまう可能性がある。【０００６】
本発明は、このような問題を解決するために、コイルの外側がコア材で覆われている場合でも、リアクトル内部で発生する熱を効果的に放散することのできるリアクトルを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の提供するリアクトルは、コイルと、前記コイルの内側に配置される内側コア部、及び前記コイルの外側を覆う外側コア部を有するコアと、前記コイル及びコアを収容するケースとを備えたリアクトルであって、前記ケースが、前記コイル及び前記内側コア部の少なくとも一方に対する放熱構造を内壁面に有し、前記外側コア部が前記放熱構造に応じた形状を有する。
このリアクトルでは、コイル及び内側コア部の少なくとも一方に対する放熱構造がケースの内壁面に設けられている。このため、コイルの外側がコア材で覆われている場合でも、ケース内の放熱構造により、コイル及び内側コア部の少なくとも一方の放熱性を高めることができる。【０００８】
このリアクトルにおいて、放熱構造は、ケースの内壁面の一部を突出させた伝熱部を含むことができる。ケースの内壁面の一部を突出させることで、コイル及び内側コア部の少なくとも一方に内壁面をより近接させることが可能となる。したがって、コイル及び内側コア部の少なくとも一方の放熱性が高められる。【０００９】
放熱構造は、ケースの外壁面と非相似形であり、コイル及び内側コア部の少なくとも一方の外形に合わせて形成された内壁面により構成されるようにしてもよい。コイル及び内側コア部の少なくとも一方の外形に合わせて内壁面を形成することで、コイル及び内側コア部の少なくとも一方と内壁面との距離を各部で偏り少なく短くすることが可能となり、コイル及び内側コア部の少なくとも一方の放熱性が高められる。【００１０】
リアクトルの一実施態様において、コアの少なくとも外側コア部は、磁性材料と樹脂との混合物により形成する。これにより、放熱構造が複雑な形状を有している場合でも容易に外側コア部を構成することが可能である。【００１１】
また、リアクトルの一実施態様において、コイルが、その軸方向をケースの底面と略平行にして配置される。これにより、冷却されているケースの底面に、容易に熱を放散することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、上述のように、コイルの外側がコア材で覆われている場合でも、コイル及び内側コア部の少なくとも一方の放熱性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
本発明の前述やその他の目的、特徴および利点は、以下で添付図面を参照して説明する実施の形態でより明らかにする。図面において、同一の符号は、異なる図面においても同一部分を示す。
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係るリアクトルの設置状態を示す図である。
【図２】図２は、本実施の形態に係るリアクトルの概略構成を示す斜視図である。
【図３】図３は、伝熱部の構成を説明するためのリアクトルの断面図である。
【図４】図４は、他の例に係る伝熱部としてフィン状の伝熱部を側壁内面に有するリアクトルを説明する断面図である。
【図５Ａ】図５Ａは、更に他の例に係る伝熱部としてケース内側四隅に矩形板状の伝熱部を有するリアクトルを説明する図であり、側壁２１２に沿ってその直内側でリアクトルを切断した場合の側面視図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、更に他の例に係る伝熱部としてケース内側四隅に矩形板状の伝熱部を有するリアクトルを説明する図であり、コイルの端面方向にリアクトルを切断した場合の平面視図である。
【図６】図６は、更に他の例に係る伝熱部として複数の板状部が放射状に配列された伝熱部を有するリアクトルを説明する図である。
【図７Ａ】図７Ａは、更に他の例に係る伝熱部として螺旋状の伝熱部を有するリアクトルを説明する図であり、側壁２１２に沿ってその直内側でリアクトルを切断した場合の側面視図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、更に他の例に係る伝熱部として螺旋状の伝熱部を有するリアクトルを説明する図であり、コイルの端面方向にリアクトルを切断した場合の平面視図である。
【図８Ａ】図８Ａは、他の例に係るケースの放熱構造としてコイル及び内側コア部の外形に合わせて内壁面が形成されたケースを有するリアクトルの構成を説明する図であり、側壁２１２に沿ってその直内側でリアクトルを切断した場合の側面視図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、他の例に係るケースの放熱構造としてコイル及び内側コア部の外形に合わせて内壁面が形成されたケースを有するリアクトルの構成を説明する図でありコイルの端面方向にリアクトルを切断した場合の平面視図である。
【図９Ａ】図９Ａは、他の例に係るケースの放熱構造としてケースの底面に対して略平行に配置されたコイル及び内側コア部と外形に合わせて伝熱部が形成されたケースを有するリアクトルの構成を説明する図であり、コイルの端面方向にリアクトルを切断した場合の側面視図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、他の例に係るケースの放熱構造としてケースの底面に対して略平行に配置されたコイル及び内側コア部の外形に合わせて伝熱部が形成されたケースを有するリアクトルの構成を説明する図であり、上方から見たときの平面図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、更に他の例に係るケースの放熱構造として複数のコイル素子の外形に合わせて内壁面が形成されたケースを有するリアクトルの構成を説明する図であり、側壁２１２に沿ってその直内側でリアクトルを切断した場合の側面視図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、更に他の例に係るケースの放熱構造として複数のコイル素子の外形に合わせて内壁面が形成されたケースを有するリアクトルの構成を説明する図であり、コイルの端面方向にリアクトルを切断した場合の平面視図である。
【図１１】図１１は、外壁に放熱構造を有すると共に蓋を有するケースを備えるリアクトルの構成を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明をより詳細に説明する。図１は、本発明の実施の形態に係るリアクトルの設置状態を示す図である。本実施の形態に係るリアクトル１０１は、車載用ＤＣ−ＤＣコンバータの部品として用いることができる。リアクトル１０１は、他の部品とともにアルミニウム製のコンバータケース１０２に収容されている。この実施の形態において、リアクトル１０１は、アルミニウム製で例えば箱蓋状のケース１０３を備え、そのケース１０３をコンバータケース１０２の内底面１０４にボルトで固定することにより、コンバータケース１０２内に配置されている。ケース１０３の底面は、コンバータケース１０２の内底面１０４に面接触している。
【００１５】
車載用コンバータでは、リアクトル１０１に数百アンペアの電流が通電されることがあり、リアクトル１０１は、高熱を発する。リアクトル１０１やその他の部品を冷却するために、コンバータケース１０２外底面には、冷却水１０５が導入される。リアクトル１０１の発する熱は、ケース１０３底面を介してコンバータケース１０２へ伝えられ冷却水１０５により放散される。
【００１６】
図２は、本実施の形態に係るリアクトルの概略構成を示す斜視図である。リアクトル１０１は、コイル２０１と、コイル２０１の内側に配置される内側コア部２０２、及びコイル２０１の外側を覆う外側コア部２０３を有するコア２０４とを備える。リアクトル１０１の備えるケース１０３は、コイル２０１及びコア２０４を収容する。
【００１７】
このリアクトル１０１において、コイル２０１は、１本の連続する巻線２０１ｗを螺旋状に巻回してなり、その軸方向２０５は、ケース１０３の底面の法線方向と平行に配置されている。巻線２０１ｗの両端は、コンバータの半導体素子及びバッテリに接続される。巻線２０１ｗには、銅やアルミニウムといった導電性材料からなる導体の外周に絶縁性材料からなる絶縁被覆を備える被覆線を用いるのがよい。ここでは、導体が銅製の平角線からなり、絶縁被覆がエナメルからなる被覆平角線を巻線２０１ｗに利用している。巻線２０１ｗには、導体が平角線からなるもの以外に、断面が円形状、多角形状などの種々の形状のものを利用できる。
【００１８】
なお、上記構成を具えるリアクトルは、通電条件が、例えば、最大電流(直流)１００Ａ〜１０００Ａ程度、平均電圧１００Ｖ〜１０００Ｖ程度、使用周波数５ｋＨｚ〜１００ｋＨｚ程度である用途、代表的には電気自動車やハイブリッド自動車などの車載用電力変換装置の構成部品に好適に利用することができる。かかる用途では、直流通電が０Ａのときのインダクタンスが１０μＨ以上２ｍＨ以下、最大電流通電時のインダクタンスが０Ａのときのインダクタンスの１０％以上を満たすものが好適に利用できると期待される。リアクトルを車載部品とする場合、リアクトルは、ケースを含めた容量が０．２リットル（２００ｃｍ3）〜０．８リットル（８００ｃｍ3）程度であることが好ましい。
【００１９】
コイル２０１は、一つのコイル素子を形成するが、１本の巻線で複数のコイル素子を形成し、それらコイル素子をケースに収容するようにしてもよい。複数のコイル素子は、１本の巻線ではなく、別々の巻線により形成することも可能である。巻線の端部を溶接などにより接合することで、一体のコイルとすることができる。別々の巻線の溶接には、例えばＴＩＧ溶接、レーザ溶接、抵抗溶接が挙げられる。その他、圧着、冷間圧接、振動溶着などにより、巻線の端部同士を接合してもよい。
【００２０】
コイル２０１を形成する巻線２０１ｗの両端部は、ターンから適宜引き延ばされて外側コア部２０３の外側に引き出され、絶縁被覆が剥がされて露出された導体部分に、銅やアルミニウムなどの導電性材料からなる端子部材が接続される。この端子部材を介して、コイル２０１は、バッテリなどに接続される。巻線２０１ｗの両端部と端子部材との接続には、ＴＩＧ溶接などの溶接の他、圧着などが利用できる。
【００２１】
コア２０４は、内側コア部２０２及び外側コア部２０３が一体化されていることにより閉磁路を形成する。本実施の形態では、内側コア部２０２と外側コア部２０３とで構成材料が異なっており、磁気特性が異なっている。具体的には、内側コア部２０２は、外側コア部２０３よりも飽和磁束密度が高く、外側コア部２０３は、内側コア部２０２よりも透磁率が低い。
【００２２】
内側コア部２０２は、コイル２０１（複数のコイル素子を形成する場合には、各コイル素子）の内周面の形状に沿った外形を有する。ここでは、円柱状の外形を有する。端面形状が角を丸めた矩形（トラック形状）の直方体のような外形やその他の外形を有していてもよい。内側コア部２０２は、その全体を圧粉成形体から構成し、ギャップ材やエアギャップ、接着材が介在していない構成とすることができる。あるいは、ギャップ材やエアギャップ、接着材を介在させ、内側コア部２０２を複数のコアにより構成することもできる。
【００２３】
圧粉成形体は、代表的には、表面に絶縁被膜を備える軟磁性粉末を成形後、絶縁被膜の耐熱温度以下で焼成することにより得られる。軟磁性粉末に加えて適宜結合剤を混合した混合粉末を利用したり、絶縁被膜としてシリコーン樹脂などからなる被膜を有する粉末を利用したりすることができる。圧粉成形体の飽和磁束密度は、軟磁性粉末の材質や、軟磁性粉末と結合剤との混合比、種々の被膜の量などを調整することで変化させることができる。例えば、飽和磁束密度の高い軟磁性粉末を用いたり、結合剤の配合量を低減して軟磁性材料の割合を高めたりすることで、飽和磁束密度が高い圧粉成形体が得られる。その他、成形圧力を変える、具体的には、成形圧力を高くすることでも飽和磁束密度を高められる傾向にある。所望の飽和磁束密度となるように軟磁性粉末の選択や成形圧力の調整などを行うとよい。
【００２４】
軟磁性粉末は、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉといった鉄族金属粉末の他、Ｆｅ−Ｓｉ，Ｆｅ−Ｎｉ，Ｆｅ−Ａｌ，Ｆｅ−Ｃｏ，Ｆｅ−Ｃｒ，Ｆｅ−Ｓｉ−ＡｌなどのＦｅ基合金粉末、或は希土類金属粉末、フェライト粉末などが利用できる。特に、Ｆｅ基合金粉末は、飽和磁束密度が高い圧粉成形体を得易い。このような粉末は、アトマイズ法(ガス又は水)や、機械的粉砕法などにより製造することができる。結晶がナノサイズであるナノ結晶材料からなる粉末、好ましくは異方性ナノ結晶材料からなる粉末を用いると、高異方性で低保磁力の圧粉成形体が得られる。軟磁性粉末に形成される絶縁被覆には、例えば燐酸化合物、珪素化合物、ジルコニウム化合物又は硼素化合物などが用いられる。結合剤には、熱可塑性樹脂、非熱可塑性樹脂又は高級脂肪酸などを用いることができる。この結合剤は、焼成により消失したり、シリカなどの絶縁物に変化したりする。圧粉成形体は、絶縁被膜などの絶縁物が存在することで、軟磁性粉末同士が絶縁されて、渦電流損失を低減することができ、コイルに高周波の電力が通電される場合であっても、損失を少なくすることができる。
【００２５】
内側コア部２０２は、その全体がコイル（素子）内に配置されるものだけでなく、その一部がコイル（素子）から突出するものも含む。図２に示す例では、内側コア部２０２におけるコイル２０１の軸方向の長さがコイル２０１よりも大きく、各内側コア部２０２の両端部がコイル２０１の端面から突出している。内側コア部２０２の長さは、コイル２０１と等しくしてもよいし、若干短くしてもよい。内側コア部２０２の長さが各コイル２０１と同等以上であることにより、コイル２０１が作る磁束を内側コア部２０２に十分に通過させることができる。
【００２６】
外側コア部２０３は、本実施の形態において、コイル２０１及び内側コア部２０２を実質的に全て覆うように形成されている。即ち、外側コア部２０３は、コイル２０１の外周全体、コイル２０１の両端面及び内側コア部２０２の両端面をほぼ覆う。内側コア部２０２と外側コア部２０３とは接着材を介在することなく、外側コア部２０３の構成樹脂により接合される。その接合により、コア２０４は、その全体に亘ってギャップを介することなく一体化することもできる。
【００２７】
外側コア部２０３は、基本的な外形として、ケースの内壁面にあわせた直方体の外形を有しているが、閉磁路を形成することができれば、外側コア部２０３の形状は、特に問わない。コイル２０１の外側の一部が外側コア部２０３により覆われず露出された形態であってもよい。
【００２８】
外側コア部２０３は、その全体を磁性材料と樹脂との混合物（成形硬化体）により形成することができる。成形硬化体は、代表的には、射出成形、注型成形により形成することができる。射出成形は、通常、軟磁性粉末(必要に応じて更に非磁性粉末を加えた混合粉末)と流動性のあるバインダ樹脂とを混合し、この混合流体を、所定の圧力をかけて成形型に流し込んで成形した後、バインダ樹脂を硬化させる。注型成形は、射出成形と同様の混合流体を得た後、この混合流体を、圧力をかけることなく成形型に注入して成形・硬化させる。いずれの成形手法も、バインダ樹脂には、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂などの熱硬化性樹脂が好適に利用できる。バインダ樹脂に熱硬化性樹脂を用いた場合、成形体を加熱して樹脂を熱硬化させる。バインダ樹脂に常温硬化性樹脂或は低温硬化性樹脂を用いてもよく、この場合、成形体を常温〜比較的低温に放置して樹脂を硬化させる。成形硬化体は、非磁性材料であるバインダ樹脂が多く残存するため、圧粉成形体と同じ軟磁性粉末を用いたとしても、圧粉成形体よりも飽和磁束密度が低く、かつ透磁率も低くなる。
【００２９】
射出成形や注型成形を利用する場合も、焼結させない場合は、軟磁性粉末(或いは非磁性粉末)とバインダ樹脂との配合を変えることで、焼結させる場合は、軟磁性粉末と非磁性粉末との配合を変えることで、外側コア部の透磁率を調整することができる。例えば、軟磁性粉末の配合量を減らすと、透磁率は、小さくなる傾向にある。リアクトル１０１が所望のインダクタンスを有するように、外側コア部２０３の透磁率を調整するとよい。
【００３０】
外側コア部２０３に利用する軟磁性粉末は、上述した内側コア部２０２に利用する軟磁性粉末と同様のものを利用することができる。
コア２０４がコイル２０１と接触する箇所には、両者間の絶縁性をより高めるために絶縁物を介在させることが好ましい。例えばコイル２０１の内・外周面に絶縁性テープを貼り付けたり、絶縁紙や絶縁シートを配置したりする。内側コア部２０２の外周に絶縁性材料からなるボビンを配置してもよい。ボビンの構成材料には、ポリフェニレンスルフィド(ＰＰＳ)樹脂、液晶ポリマー(ＬＣＰ)、ポリテトラフルオロエチレン(ＰＴＦＥ)樹脂などの絶縁性樹脂が好適に利用できる。
【００３１】
このようなリアクトル１０１は、内側コア部２０２の飽和磁束密度が外側コア部２０３よりも高いことで、内側コア部２０２を通過する総磁束を、同様の形状のコアで全体の飽和磁束密度が均一的な磁性コア（均一コア）の内側コアを通過する総磁束と同じにする場合、内側コア部２０２の断面積（磁束が通過する面）を均一コアの内側コアの断面積より小さくすることができる。内側コア部２０２の小型化によりコア２０４を小型にすることができ、ひいてはリアクトル１０１の小型化を図ることが可能となる。また、リアクトル１０１は、内側コア部２０２の飽和磁束密度が高いと共に、外側コア部２０３の透磁率が低いことで、所望のインダクタンスを有することができる。更に、リアクトル１０１は、コア２０４の全体に亘って、接着剤を含むギャップが存在しない場合は、ギャップ箇所での漏れ磁束がコイル２０１に影響を及ぼすことがないため、内側コア部２０２とコイル２０１の内周面とを近付けて配置することができる。従って、内側コア部２０２の外周面とコイル２０１の内周面との隙間を小さくでき、このことからも、リアクトル１０１の小型化が可能となる。
【００３２】
かつ、リアクトル１０１は、接着剤を用いない構成とする場合は、内側コア部２０２の形成にあたり、ギャップ材の接合工程などが不要であることから、生産性に優れる。特に、リアクトル１０１では、外側コア部２０３の形成と同時に、外側コア部２０３の構成樹脂により内側コア部２０２と外側コア部２０３とを接合してコア２０４を形成し、その結果リアクトル１０１を製造することができるため、製造工程が簡素化され、この点からも生産性が向上する。
【００３３】
また、リアクトル１０１で接着剤レス構造とすると、接着剤の厚さのばらつきによるインダクタンスの不整合が生じ難い。更に、リアクトル１０１では、内側コア部２０２を圧粉形成体とすることで、飽和磁束密度の調整を簡単に行える上に、複雑な三次元形状であっても容易に形成することができる。加えて、外側コア部２０３が樹脂成分を備えることで、粉塵や腐食といった外部環境からの保護や機械的保護を図ることができる。
特に、リアクトル１０１では、コイル２０１の全体を外側コア部２０３に覆われる形態とすることで、外側コア部２０３の形成が容易である上に、コイル２０１の保護を十分に図ることができる。このようにリアクトル１０１は、様々な利点を有する。
【００３４】
更に、リアクトル１０１は、コイル２０１全体を外側コア部２０３で覆っていても、その内部温度を抑え易くなっている。図１で説明したようにリアクトル１０１は、その底面を冷却しているので、底面側は、内部温度を比較的低減し易い。一方、リアクトル１０１の上面側は、ケース１０３の底面から最も遠く、リアクトル１０１の底面や側面のようにケースにも覆われていない。熱の放散は、主に内側コア部２０２から底面への経路や、外側コア部２０３及びケースの側壁を介して底面に至る経路で行われることになり、比較的温度が上昇し易い。特に外側コア部２０３を磁性材料と樹脂との混合物により成形する場合、内側コア部２０２と比較して熱伝導率が低くなり、その傾向が大きくなる。
【００３５】
このような内部温度の上昇を低減するため、本実施の形態におけるリアクトル１０１は、ケース１０３が、コイル２０１及び内側コア部２０２の少なくとも一方に対する放熱構造として伝熱部２０６を内壁面２０７に備える。伝熱部２０６は、ケース１０３の内壁面２０７の一部を突出させたものであり、外壁面２０８と非相似形の内壁面２０７の一部又は全部を構成する。伝熱部２０６を設けることで、その伝熱部２０６の形状に応じて外側コア部２０３が形成され、内壁面２０７が外壁面２０８と相似形の場合よりも、コイル２０１及び内側コア部２０２の少なくとも一方が内壁面２０７とより近接する。したがって、コイル２０１及び内側コア部２０２の少なくとも一方の放熱性が高まる。
【００３６】
この伝熱部２０６は、ケース１０３の側壁２０９〜２１２のうち側壁２０９及び２１０に設けられており、それら側壁の内壁面の一部を構成する。内壁面２０７のベース形状は、外壁面２０８と相似形の直方体状である。しかしながら、コイル２０１及び内側コア部２０２に向けてベース面から突出する伝熱部２０６を設けることで、内壁面２０７は、外壁面２０８と非相似形となっている。その突出により内壁面２０７（の伝熱部２０６）は、コイル２０１及び内側コア部２０２と接触する。
【００３７】
伝熱部２０６は、ケース１０３の一部分として一体的に成形されたものだけでなく、ケース１０３本体と同一又は異なる素材により別途形成され本体に固着されたものも含む。
伝熱部２０６の素材としては、アルミニウムの他、アルミニウム合金などのその他の金属材料や、窒化珪素、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、炭化珪素などのセラミックスを用いることができる。熱伝導率の高い伝熱部２０６が外側コア部２０３などを（ほとんど）介さずにコイル２０１及び内側コア部２０２と接触（又は近接）するので、リアクトル１０１内部の熱が効果的に放散される。なお、伝熱部２０６をリブとしても用いる場合には、機械的強度も考慮して伝熱部２０６の素材を選択する必要がある。
【００３８】
このリアクトル１０１を製造するときは、例えば、まずコイル２０１、圧粉成形体からなる内側コア部２０２を用意し、コイル２０１に内側コア部２０２を挿入する。この際、コイル２０１と内側コア部２０２との間に適宜絶縁物を配置してもよい。このコイル２０１と内側コア部２０２との組物を、伝熱部２０６の形成されたケース１０３に収容する。
その状態でケース１０３内に、外側コア部２０３を構成する磁性材料とバインダ樹脂との混合流体を適宜流し込む。このように、外側コア部２０３を磁性材料と樹脂との混合物を充填することにより形成するので、ケース１０３の内壁面２０７が放熱構造により複雑な形状を有していても、その放熱構造に応じて外側コア部２０３を構成することができ、リアクトル１０１は、比較的容易に製造することができる。
【００３９】
伝熱部２０６は、ここでは、ケース１０３の側壁２１１及び２１２には設けられていない。そのため、側壁２１１及び２１２近辺では、外側コア部２０３が内側コア部２０２の一端から他端を接続するようにコイル２０１の軸方向に連通して形成される。この部分で、内側コア部２０２及び外側コア部２０３に沿ってコイル２０１の内→外→内という環状の（閉）磁路が大きく確保される。その結果、ケース１０３の内壁面２０７に伝熱部２０６を設けても所望の磁気特性が得られる。伝熱部２０６を設ける内壁は、この例に限られるものではなく、このように磁路を確保できる範囲で適宜決定することができる。
【００４０】
伝熱部２０６は、コイル２０１の外周面に接触するようにケース１０３の内壁面２０７から突出する突出部２０６Ａと、コイル２０１の端面から突出した内側コア部２０２に接触するようにケース１０３の内壁面２０７から突出する突出部２０６Ｂとを含む。突出部２０６Ａは、コイル２０１の外周面に合わせた凹面を接触面として有し、突出部２０６Ｂは、内側コア部２０２の外周面に合わせた凹面を接触面として有する。この凹面により、平面の場合と比べて接触（又は近接）面積が大きくなり、その分だけコイル２０１及び内側コア部２０２から熱を放散させ易くなる。
【００４１】
図３は、伝熱部の構成を説明するためのリアクトルの断面図である。伝熱部２０６において、突出部２０６Ａは、突出部２０６Ｂとコイル２０１の軸方向２０５に連続している。さらに突出部２０６Ｂは、ケース１０３の側壁２０９及び２１０に設けられていると共にケース１０３の底面３０１とも連続する。コイル２０１からの熱は、突出部２０６Ａ及び２０６Ｂを介してケース１０３の底面３０１に伝えられる。このため、突出部２０６Ａのみを設ける場合と比べてコイル２０１からの熱を放散し易くなる。また突出部２０６Ｂをケース１０３の底面３０１と連続して設けることで、内側コア部２０２からの熱も底面３０１に伝わり易くなる。しかも、突出部２０６Ｂは、その上端面でコイル２０１の下端面の一部とも接触する。したがって、突出部２０６Ｂは、コイル２０１の冷却にも寄与できる。
【００４２】
更に、このリアクトル１０１では、内側コア部２０２の下端部３０２がケース１０３の底面３０１と面接触している。内側コア部２０２は、外側コア部２０３と比べて熱伝導率が高い。内側コア部２０３の下端面を底面３０１と接触させることで、内側コア部２０３を介してもケース１０３に熱を放散することができ、リアクトル１０１全体の放熱性を更に高めることが可能となる。
【００４３】
ここでは、伝熱部２０６が突出部２０６Ａ及び２０６Ｂを有していたが、いずれか一方のみを有していてもよい。更に、コイル２０１の上端側に、突出部２０６Ｂのような伝熱部（又は突出部）を設けるようにしてもよい。リアクトル１０１の上面側は、ケース１０３に覆われておらず、特に中央部分は、ケース１０３の側壁２０９〜２１２から離れているので、高温化し易い。コイル２０１の上端側に伝熱部を設けることで、そのようなリアクトル１０１上面側の熱を効果的に放散することが可能となる。また、突出部２０６Ａ及び２０６Ｂは、凹面によりコイル２０１及び内側コア部２０２に近接していたが、平面又は、凸面によりコイル２０１及び内側コア部２０２と近接するようにしてもよい。コイル２０１が円筒状で内側コア部２０２が円柱状であり、ケース１０３の内壁面が直方体状であるので、平面又は凸面にすると、伝熱部の一部が他の部分よりもコイル２０１又は内側コア部２０２に近接することになる。しかしながら、近接部は、内壁のベース面よりも突出しているので、その分だけコイル２０１又は内側コア部２０２から熱を放散し易くなる。
【００４４】
図４は、他の例に係る伝熱部としてフィン状の伝熱部を側壁内面に有するリアクトルを説明する断面図である。伝熱部４０１は、図３の例と同じくケース１０３の側壁２０９及び２１０に設けている。伝熱部４０１は、フィン状の突起を複数有しており、例えばケース１０３の底面３０１と平行に側壁２０９又は２１０上に配置した断面三角形状の板片を複数、コイル２０１の軸方向２０５に並べることで構成される。針状の突起を側壁２０９及び２１０上に複数配列するなど、その他の形態で伝熱部４０１を構成するようにしてもよい。伝熱部４０１は、コイル２０１又は内側コア部２０２と接触していないが、接触させてもよい。伝熱部４０１をコイル２０１又は内側コア部２０２と接触させていない場合、その部分にも外側コア部２０３が形成され、磁路が確保される。
【００４５】
伝熱部４０１をコイル２０１又は内側コア部２０２と接触させていない場合でも、伝熱部４０１の存在によって側壁２０９及び２１０の内壁面は、そのベース面よりもコイル２０１及び内側コア部２０２と近接する。このため、コイル２０１及び内側コア部２０２からケース１０３へ熱を放散させ易くなる。また、伝熱部４０１を設けることで、側壁２０９及び２１０の内壁面の表面積が大きくなり、それによっても放熱がし易くなる。
【００４６】
図５Ａおよび図５Ｂは、更に他の例に係る伝熱部としてケース内側四隅に矩形板状の伝熱部を有するリアクトルを説明する図である。図５Ａは、側壁２１２に沿ってその直内側でリアクトルを切断した場合の側面視図であり、図５Ｂは、コイルの端面方向にリアクトルを切断した場合の平面視図である。伝熱部５０１は、箱型のケース１０３の内側四隅に相当する箇所に設けられている。ケースが箱型でコイル２０１が円筒形の場合、コイル２０１とケース１０３の側壁２０９〜２１２との距離が特に四隅において大きくなる。伝熱部５０１を設けることで、コイル２０１や内側コア部２０２のそのような部分を内壁面に近接させることができ、その部分からの放熱がされ易くなる。
【００４７】
伝熱部５０１は、それぞれ、内側コア部２０２に接する角部分が欠けた矩形板のような形状を有しており、ケース１０３の底面３０１上にその矩形板が載置された形で設けられている。伝熱部５０１は、矩形板やその他の形状を有していてもよい。伝熱部５０１の上面は、この例においてコイル２０１の下端面の一部とも接触しており、コイル２０１の熱を放散するのに寄与できる。しかしながら、伝熱部５０１の上面がコイル２０１の下端面と離れていてもよく、その場合でもコイル２０１の下端面に伝熱部５０１が近接することになるため、コイル２０１からの熱を放散し易い。更に伝熱部５０１は、ケース１０３の底面３０１と連続しているので、コイル２０１及び内側コア部２０２から熱が底面３０１に容易に伝えられる。
【００４８】
伝熱部５０１と同様の伝熱部を伝熱部５０１に代えて又は加えて、リアクトル１の上面側に設けるようにしてもよい。更に、伝熱部５０１と同様の断面形状を有しコイル２０１の軸方向２０５にのびる柱状の伝熱部を設けることもできる。この場合、ケース１０３の側壁からの距離が遠い部分の放熱性能を効率的に向上させることが可能となる。外側コア部２０３を構成する、磁性材料と樹脂との混合物は、それら伝熱部の間に充填されることになり、その外側コア部２０３中に磁路は、確保される。
【００４９】
図６は、更に他の例に係る伝熱部として複数の板状部が放射状に配列された伝熱部を有するリアクトルを説明する図である。伝熱部６０１は、コイル２０１の軸方向に沿ってケース１０３の底面３０１上に立設された複数の板状部を、内側コア部２０２を中心として放射状に配列することにより構成される。この例では、内側四隅に設けられた板状部の厚みが各側壁中央の板状部よりも大きくなっている。各板状部の厚みは同じであってもよく、板状部の数はこの例に限られるものではない。
【００５０】
各伝熱部６０１の一面は、コイル２０１と接触する。これにより、コイル２０１外周面の熱をケース１０３の側壁２０９〜２１２、ひいては底面３０１に容易に放散できる。伝熱部６０１は、必ずしもコイル２０１に接触していなくてもよい。更に、放射状の伝熱部６０１は、コイル２０１及び内側コア部２０２と近接又は接触するようにしてもよい。外側コア部２０３は、板状部間に形成され、その部分で磁路を大きく確保することができる。
【００５１】
図７Ａおよび図７Ｂは、更に他の例に係る伝熱部として螺旋状の伝熱部を有するリアクトルを説明する図である。伝熱部７０１は、ケース１０３の側壁２１１及び２１２の内壁面に設けられている。２つの伝熱部７０１は、コイル２０１の周りに螺旋状に構成されている。この伝熱部７０１も、コイル２０１（及び内部コア部２０２）に接触又は近接して熱を容易に放散させる。螺旋を構成する線状部（例えば７０１Ａ、７０１Ｂ）間には、それぞれ隙間が設けられている。この隙間にも外側コア部２０３が形成されるので、その部分でも磁路を形成できる。伝熱部７０１を螺旋状に形成することで、比較的均一にコイル２０１の放熱が可能になると共に磁路の形成にも寄与できる。
【００５２】
図８Ａおよび図８Ｂは、他の例に係るケースの放熱構造としてコイル及び内側コア部の外形に合わせて内壁面が形成されたケースを有するリアクトルの構成を説明する図である。この例に係る放熱構造は、コイル２０１及び内側コア部２０２の外形にあわせて円柱形に形成された内壁面８０１により構成される。ケース１０３の外形が直方体であるため、その外壁面２０８と内壁面８０１とは、非相似形となっている。仮想線８０２は、外壁面２０８と相似形の直方体状に形成した場合の内壁面を仮想的に示す。内壁面８０１と仮想線８０２との図上の比較から明らかな通り、コイル２０１及び内側コア部２０２の外形に合わせて円柱形の内壁面８０１を形成することで、ケース１０３の側壁がコイル２０１及び内側コア部２０２により近接する。また、このように内壁面８０１を構成すると、外側コア部２０３は、その内壁面８０１の形状に応じて隙間を埋めるように円筒状に形成され、円筒形のコイル２０１の周方向全体にわたって外側コア部２０３の厚みが均等に抑えられる。したがって、コイル２０１及び内側コア部２０２からケース１０３の底面３０１に容易且つ均等に熱を放散することができる。
【００５３】
また、外側コア部２０３が円筒状に形成されることで、コイル２０１の周方向全体にわたって磁路長のばらつきも抑えられる。その結果、設計通りの磁気特性をより容易に得ることが可能となる。更に外側コア部２０３について余分なコア材を減らすことにも寄与する。なお、コイル２０１が円筒形の場合を例として説明したが、コイル２０１の形状は、その他の形状であってもよい。
【００５４】
図９Ａおよび図９Ｂは、他の例に係るケースの放熱構造としてコイルがケースの底面に対して略平行に配置されたリアクトルの構成を説明する図である。この例に係る放熱構造は、コイル２０１及び内側コア部２０２及び伝熱部７０１により構成される。このように伝熱部７０１を構成すると、外側コア部２０３は、その形状に応じて隙間を埋めるように形成される。また、コイル２０１及び内側コア部２０２及び伝熱部７０１を形成することで、ケース１０３の底面がコイル２０１及び内側コア部２０２により近接し、コイル２０１及び内側コア部２０２から伝熱部７０１を介してケース１０３の底面３０１に容易に熱を放散することができる。
【００５５】
なお、コイル２０１が円筒形で端面形状は円の場合を例として説明したが、コイル２０１の端面形状は、矩形、楕円、レーストラック形状など、その他の形状であってもよい。
【００５６】
図１０Ａおよび図１０Ｂは、更に他の例に係るケースの放熱構造として複数のコイル素子の外形に合わせて内壁面が形成されたケースを有するリアクトルの構成を説明する図である。この例において、コイルは、２つのコイル素子２０１Ａ及び２０１Ｂを含み、各コイル素子２０１Ａ又は２０１Ｂに対し内側コア部２０２Ａ又は２０２Ｂが用意されている。各コイル素子２０１Ａ，２０１Ｂは、端面形状が角を丸めた矩形状（トラック形状）となっている。
【００５７】
ケース１０３の内壁面９０１は、２つのコイル素子２０１Ａ及び２０１Ｂの外形を結ぶ包絡線に合わせて断面形状がトラック形状となるよう形成されている。トラック形状の丸まった角部分でも、コイル素子２０１Ａ又は２０１Ｂの外周面と内壁面９０１とが平行になる。ケース１０３の外形が直方体であるため、その外壁面２０８と内壁面９０１とは非相似形となっている。トラック形状のベースとなる矩形の長辺・短辺比をケース１０３断面の矩形と異ならせることで、その意味でも外壁面２０８と内壁面９０１を非相似形とすることもできる。仮想線９０２は、外壁面２０８と相似形の直方体状に形成した場合の内壁面を仮想的に示す。図８Ａおよび図８Ｂの例と同様に、内壁面９０１と仮想線９０２との図上の比較から明らかな通り、コイル素子２０１Ａ及び２０１Ｂの外形に合わせて断面トラック形状の内壁面９０１を形成することで、ケース１０３の側壁がコイル素子２０１Ａ及び２０１Ｂにより近接する。したがって、両方のコイル素子２０１Ａ及び２０１Ｂからケース１０３の底面３０１に容易に熱を放散することができる。このように複数のコイル素子がある場合には、それらコイル素子の外形を結ぶ包絡線に合わせて内壁面９０１を形成することができる。
【００５８】
複数のコイル素子がある場合にも、それぞれのコイル素子の外形に合わせた内壁面を形成するようにしてもよい。例えば図１０Ｂに示す内壁面９０３を追加することで各コイル素子２０１Ａ又は２０１Ｂの外形に合わせた内壁面が形成される。この場合、コイル素子２０１Ａ及び２０１Ｂに挟まれた部分にも、コイル素子２０１Ａ及び２０１Ｂと内壁面とが平行になる区間が設けられる。これによって、より効果的にコイル素子２０１Ａ及び２０１Ｂから熱を放散することができる。
【００５９】
図１１は、外壁に放熱構造を有すると共に蓋を有するケースを備えるリアクトルの構成を説明する図である。伝熱部１００１は、図５Ａおよび図５Ｂの例と同様に、ケース１０３の底面３０１側の内側四隅に相当する箇所に設けられている。伝熱部１００１は、図１1の構成を説明するための一例であって、これに限られるものではない。
【００６０】
図１1のリアクトルでは、ケース１０３の側壁の外壁面２０８にも放熱構造１００２を有している。この放熱構造１００２は、ケース１０３の側壁の外壁面２０８上にケース１０３の底面と平行に配置された板状片をコイル２０１の軸方向に複数配列した構造を有する。しかしながら、外壁面２０８の放熱構造は、この例に限られるものではなく、例えば、側壁の外壁面全体にわたって配置された複数の針状の突起によって構成するようにしてもよい。
【００６１】
このようにケース１０３の外壁面２０８にも放熱構造１００２を設けることで、コイル２０１及び内側コア部２０２からケース１０３の側壁に伝えられた熱がより効果的に放散される。したがって、リアクトル全体として放熱性が向上する。
【００６２】
更にこの例では、ケース１０３が、その上部を閉じる蓋１００３を有している。これまでの例では、ケース１０３は、上面が開放されており、外側コア部２０３の一部が露出していた。図１０の例では、ケース１０３の上方が例えばアルミニウム製の蓋１００３で閉じられており、リアクトルの上面が蓋１００３と面接触している。これによって、リアクトルの上面の熱は、蓋１００３、ケース１０３の側壁を経て、底面３０１に至る経路でも放散される。なお、蓋１００３の素材には、アルミニウム以外にも、アルミニウム合金などのその他の金属材料や、窒化珪素、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、炭化珪素などのセラミックスを用いることができる。また、蓋１００３およびケース１０３を金属材料などの導電性材料で形成すると、蓋１００３およびケース１０３は電磁シールドとしても機能する。
【００６３】
更にこの例では、ケース１０３の上面側の四隅に相当する箇所にも伝熱部１００４を設けている。伝熱部１００４は、内側コア部２０２上側のコイル２０１から突出した部分の側面に接触すると共に、コイル２０１の上端面の一部と接触する。更に伝熱部１００４は、蓋１００３を閉じたときにその蓋１００３とも接触する。したがって、伝熱部１００４及び蓋１００３を介してコイル２０１及び内側コア部２０２から熱をより効果的に放散することが可能となる。なお、伝熱部１００４をケース１０３側に設ける代わりに、蓋１００３側に設けるようにしてもよい。その場合、外側コア部２０３は、蓋１００３の伝熱部を避ける形状に成形する。これによって、コイル２０１及び内側コア部２０２から熱を蓋１００３により効果的に伝えることも可能となる。
【００６４】
上述した実施の形態は、本発明の技術的範囲を制限するものではなく、本発明の範囲内で種々の変形や応用が可能である。例えば、本発明のリアクトルは、車載向けコンバータに限らず、空調機のコンバータのように比較的高い出力の電力変換装置にも適用することができる。更に、ケースに収容されたリアクトルは、コイルとコアとの組合体を用意してケース内に収納し、別途用意したポッティング樹脂を充填することでも製造することができる。ポッティング樹脂には、エポキシ樹脂やウレタン樹脂、ＰＰＳ樹脂、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）樹脂、アクリロニトリル-ブタジエン-スチレン（ＡＢＳ）樹脂、更に、窒化珪素、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ほう素、及び炭化珪素から選択される少なくとも１種のセラミックスからなるフィラーを混合したものなどを利用することができる。フィラーを含有することで、リアクトルの放熱性を高められる。更に、本発明は、コイルの軸方向をケースの底面の法線方向と平行にする形でケースに収容されたリアクトルだけでなく、例えばコイルの軸方向をケースの底面と平行にする形でケースに収容されたリアクトルに適用することも可能である。
【００６５】
上述した実施の形態では、内側コア部が圧粉成形体により構成されるリアクトルについて本発明を説明した。その他、内側コア部として、珪素鋼板に代表される電磁鋼板を積層させた積層体からなるものを利用することもできる。電磁鋼板は、圧粉成形体と比較して、飽和磁束密度が高い磁性コアを得易い。更に、既述のリアクトルは、内側コア部が外側コア部よりも飽和磁束密度が高く、外側コア部が内側コア部よりも透磁率が低く構成されていたが、本発明の適用されるリアクトルは、その例に限られるものではない。例えば外側コア部だけでなく内側コア部も磁性材料と樹脂との混合物から構成するようにしてもよい。
なお、今回開示された実施の形態および実施例は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明でなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内のすべての変更が含まれることが意図される
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明のリアクトルは、ハイブリッド自動車やプラグインハイブリッド自動車、電気自動車、燃料電池車といった車両や空調機に搭載されるコンバータのような電力変換装置の構成部品に利用することができる。
【符号の説明】
【００６７】
１０１  リアクトル
１０２  コンバータケース
１０３  リアクトルのケース
２０１  コイル
２０１Ａ，２０１Ｂ  コイル素子
２０１ｗ  巻線
２０２  内側コア部
２０３  外側コア部
２０４  コア
２０６、４０１、５０１、６０１、７０１、１００１、１００４  伝熱部
２０６Ａ、２０６Ｂ  突出部
２０７、８０１、９０１  内壁面
２０８  外壁面
２０９、２１０、２１１、２１２  側壁
３０１  ケースの底面
１００２  外壁の放熱構造
１００３  ケースの蓋
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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